Aula 01 - Hidrologia e Qualidade de Água

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Professores: Hugo Morais de Alcântara e Ilza Maria do Nascimento Brasileiro
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AULA 01 – HIDROLOGIA E QUALIDADE DE ÁGUA
 
15 de agosto de 2019
Hidrologia é a ciência que trata da água na Terra, sua
ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades
químicas e físicas, e sua relação com o meio ambiente e
com os seres vivos.
Ven Te Chow(1959) 
Conceitos
“A Hidrologia é a ciência natural que trata dos
fenômenos relativos à água em todos os seus estados, de
sua distribuição e ocorrência na atmosfera, na superfície
terrestre e no solo, e da relação desses fenômenos com a
vida e com as atividades do homem”.
A. Mayer (1948) 
Ciclo Hidrológico
▪ Fenômeno global de circulação fechada da água entre a
superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado pela
energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre.
CICLO HIDROLÓGICO
Generalidades:
É a movimentação da água entre e nos sistemas terrestre
(estado líquido) e atmosférico (circulação do vapor com os
ventos);
O ciclo hidrológico, se considerado de maneira global, pode
ser visto como um sistema hidrológico fechado, uma vez que
a quantidade total da água existente no planeta é constante.
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Quem governa a movimentação da água:
➢ Energia Solar: através da radiação (provoca evaporação da água da
terra para a atmosfera);
➢ Ventos: (gerados pela rotação e translação da terra) provocam a
circulação do vapor na atmosfera;
➢ Gravidade:
➢ Causa a queda das gotas de chuva da atmosfera para o solo
➢ Causa a movimentação da água no estado líquido através dos
rios até os oceanos
➢ Causa a movimentação da água infiltrada através da superfície do
solo para o sub-solo
CICLO HIDROLÓGICO
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CICLO HIDROLÓGICO
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Métodos de estudo
 Séries históricas – observação sistemática de
fenômenos que ocorrem no decorrer do tempo
Elementos de natureza histórica
 Precipitação e vazões de enchentes não podem ser repetidas por 
um experimentador 
 Hidrologia estocástica
 Processamento de dados estatísticos coletados a partir de
variáveis hidrológicas
 Hidrologia paramétrica
 Desenvolvimento e análises das relações entre os parâmetros
físicos intervenientes nos eventos hidráulicos (dados
meteorológicos e parâmetros físicos das bacias hidrográficas)
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PRECIPITAÇÃO
É toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a
superfície terrestre. Neblina, chuva, granizo, orvalho, geada e
neve são formas diferentes de precipitações.
Principais Características:
• Quantidade e volume total – mm ou m³
• Duração – minutos ou hora;
• Intensidade – quantidade/tempo – mm/h
CICLO HIDROLÓGICO: PROCESSOS
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MEDIDA DA PRECIPITAÇÃO
12
MEDIDA DA PRECIPITAÇÃO
INTERCEPTAÇÃO
É a parte da precipitação retida acima da superfície do solo.
(Blake, 1975) devido principalmente á presença de vegetação.
Depende:
• Intensidade da Chuva;
• Área Vegetada ou Urbanizada.
CICLO HIDROLÓGICO: PROCESSOS
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MEDIDA DA INTERCEPTAÇÃO
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EVAPORAÇÃO
É o processo pelo qual as moléculas de água na superfície
líquida ou na umidade do solo, adquirem energia suficiente
(através da radiação solar e outros fatores climáticos) e
passam do estado líquido para o de vapor.
Depende:
• Temperatura;
• Pressão Atmosférica;
• Umidade Relativa;
• Vento;
• Radiação Solar.
CICLO HIDROLÓGICO: PROCESSOS
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MEDIDA DA EVAPORAÇÃO
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Transpiração (T) – A transpiração é um processo biofísico pelo qual a água
que passou pela planta, fazendo parte de seu metabolismo, é transferida para
a atmosfera.
TRANSPIRAÇÃO
MEDIDA DA TRANSPIRAÇÃO
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Medição da transpiração - potômetro
À medida que a planta transpira, diminui a quantidade de água na garrafa. A 
formação de vácuo puxa o líquido azul do tubo de ensaio
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Processo de Transpiração no Sistema Solo Planta Atmosfera.
Evapotranspiração (ET)
Processo simultâneo de
transferência de água para a
atmosfera através da evaporação
(E) e da transpiração (T).
• Normalmente os dois processos (Evaporação e transpiração) ocorrem juntos.
• Em áreas relativamente grandes é difícil saber cada parcela em separado.
• O fluxo total de calor latente para a atmosfera é a EVAPOTRANSPIRAÇÃO.
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Compreende:
1. Evaporação dos corpos de água;
2. Evaporação da água do solo;
3. Evaporação da água interceptada das plantas;
4. Transpiração das plantas.
Depende da:
1. Disponibilidade de água → se não existir água para o
processo se desenvolver , não haverá uma evaporação e
nem transpiração;
2. Presença da vegetação → se não existir vegetação não
ocorrerá a transpiração;
3. Radiação solar e ação dos ventos → definem o poder de
evaporação da atmosfera que é condicionada a absorver
vapor dependendo da pressão reinante
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
22
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
LISÍMETROS DE PESAGEM MECÂNICA
23
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
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Infiltração é a passagem de água da superfície para o interior do solo.
Pode-se definir também como sendo o fenômeno de penetração da água
nas camadas de solo próximas à superfície do terreno, movendo-se para
baixo, através de vazios, sob a ação da gravidade, até atingir uma camada
suporte que a retém, formando então a água do solo.
Importante para:
 crescimento da vegetação;
 abastecimento dos aquíferos;
(mantém vazão dos rios durante as estiagens)
 reduzir escoamento superficial, cheias, erosão.
CICLO HIDROLÓGICO: PROCESSOS
INFILTRAÇÃO
INFILTRAÇÃO
É o processo pelo qual a água penetra nas camadas superficiais do solo
e se move para baixo, em direção ao lençol d’água.
CICLO HIDROLÓGICO: PROCESSOS
Depende:
• Da água disponível para 
infiltrar;
• Da constituição e declividade 
do solo;
• Da cobertura vegetal;
• Das quantidades de água e 
ar, inicialmente presentes no 
interior do solo (teor de 
umidade).
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MEDIDA DA INFILTRAÇÃO
26Permeâmetro de Guelph
ESCOAMENTO
Define-se como o movimento das águas na superfície do solo, na
interface entre a superfície e o interior do solo e no lençol subterrâneo;
Depende:
• Área e forma da bacia;
• Conformação topográfica da bacia 
(declividade, depressões 
acumuladoras e represamentos 
naturais);
• Tipo de Solo;
• Cobertura Vegetal;
• Áreas Impermeáveis(pavimentos 
urbanos).
CICLO HIDROLÓGICO: PROCESSOS
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Escoamento
 Define-se como o movimento das águas na superfície do solo, na 
interface entre a superfície e o interior do solo e no lençol subterrâneo;
 Os escoamentos são governados fundamentalmente pela ação da 
gravidade;
 O escoamento é caracterizado quantitativamente por variáveis como a 
velocidade, a vazão ou lâmina equivalente;
 A estimativa do escoamento é feita por equações de conservação de 
massa, energia e quantidade de movimento.
FASES DO CICLO DE ESCOAMENTO
▪ 1ª Fase
✓ Período de estiagem → vegetação e solo com pouca umidade;
✓ Início da precipitação → boa parte da água é interceptada pela
vegetação e a chuva que chega ao chão é infiltrada no solo;
✓ Vegetação → parte de água que fica retida é evaporada.
▪ 2ª Fase
✓ Continuidade da precipitação → a capacidade de
retenção da vegetação é esgotada, e a água cai sobre o solo;
✓ Capacidade de infiltração → uma parte da água infiltra
no solo e inicia-se o processo de esc. superficial após a
precipitação superar a capacidade de infiltração;
✓ Água infiltrada no solo → começa a percolar na direção
do aqüífero.
▪ 3ª Fase
✓ Precipitação acaba → o escoamento superficial diminui
podendo chegar a cessar, a evaporação e a infiltração
continuam a retirar água da vegetação e das poças na
superfície do solo;
Qs
Qss
Qb
Seção do rio
Seção AA
Seção do 
Riacho
Q = Qs + Qss + Qb
Qs = escoamento superficial, 
Qss = escoamento sub-superficial
Qb = escoamento de base (ou subterrâneo)
Tipos de escoamento:
A
A
Seção AA
Rede de Drenagem
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Medição do escoamento superficial
34
Medição do escoamento superficial
Unidade de estudo
Bacia Hidrográfica:
É uma área de captação natural da água da precipitação 
que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, 
seu exultórioCICLO HIDROLÓGICO NA FASE TERRESTRE
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Segundo Viessman, Harbaugh e Knapp (1972), bacia
hidrográfica é uma área definida topograficamente, drenada por
um curso d'água ou um sistema conectado de cursos d'água,
dispondo de uma simples saída para que toda vazão efluente seja
descarregada.
Bacia Hidrográfica
São 3 os divisores de uma bacia hidrográfica:
– Geológico (delimita as formações geológicas na bacia)
– Freático (delimita os limites do lençol d'água na bacia)
– Topográfico (delimita a bacia em plano)
Na prática limita-se a bacia a partir de curvas de nível, tomando
pontos de cotas mais elevadas para comporem a linha da divisão
topográfica.
Divisores da Bacia
Corte transversal de uma bacia (Fonte: VILLELA, 1975) 
Os passos a serem seguidos na determinação de uma
bacia são:
➢ A localização da seção de saída no sistema de drenagem ou cursos
d'água;
➢ Delimitação de seu contorno, ou seja, a linha de separação que divide
as precipitações que caem na bacia delimitada e nas bacias vizinhas
Delimitação da Bacia 
250 300 350 400
50
100
150
200
250
250 300 350 400
50
100
150
200
250
Identificação do 
Divisor de Águas
250 300 350 400
50
100
150
200
250
250 300 350 400
50
100
150
200
250
Identificação do 
“Talweg”
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
6615000
6616000
6617000
6618000
6619000
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
6615000
6616000
6617000
6618000
6619000
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
6615000
6616000
6617000
6618000
6619000
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
6615000
6616000
6617000
6618000
6619000
413000 414000 415000 416000 417000 418000
6614000
6615000
6616000
6617000
6618000
6619000
• Uma vez definidos os contornos (divisor), a área pode ser
calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos
manuais (planímetro, contagem, pesagem).
Área da Bacia Hidrográfica
Bacia hidrográfica (esquema)
Algumas convenções importantes em hidrologia:
Características físicas da bacia
Planímetro
É um instrumento para desenho técnico usado para medir a área 
de uma superfície plana arbitrária.
Características físicas da bacia
“Bacias com mesma área podem responder de maneiras distintas”
Bacia Local Área 
 (km
2
) 
Qmax 
 (m
3
/s) 
Qmax 
(ls/km
2
) 
Rio Souris Minot, ND 26.600 340 12,8 
Rio Deschutes Moody, OR 27.185 1.235 46,8 
Rio Gila Coolige Dam, AR 33.370 3.680 110,8 
Rio Cumberland Carthage, Tenn 27.700 5.270 190,9 
Rio Susquehanna Wilkes-Barre, Pa 25.785 6.570 225,6 
Rio Potomac Point of Rocks, Md 24.980 13.595 545,2 
Rio Little Cameron, Texas 18.200 18.320 1009,2 
 Como isso é possível?
▪ Comprimento da bacia
▪ Comprimento do rio 
principal
Comprimento da Bacia Hidrográfica
• Os comprimentos da bacia e do
rio principal são importantes para
a estimativa do tempo que a
água leva para percorrer a bacia.
L
Medição do comprimento de um rio
 CAD 
 SIG – Sistema de Informação 
Geográfica
 Curvímetro
• Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o
escoamento.
• Diferença de altitude entre o início e o fim da
drenagem dividida pelo comprimento da drenagem.
• Equação de Manning: V proporcional a S0.5
Declividade da Bacia Hidrográfica
Perfil típico:
alto médio baixo
Distância ao longo do rio principal
A
lt
it
u
d
e
 d
o
 l
e
it
o
Valores típicos:
Baixa declividade: alguns cm por km
Alta declividade: alguns m por km
Perfil Longitudinal
• Descrição da relação entre área de contribuição e altitude. 
Altitude (m)
350
890
Fração da área
0 1,00,25 0,750,5
Curva Hipsométrica
Características morfométricas
 Densidade de rios – Relação existente entre o número de 
rios ou cursos de água (N) e a área da bacia hidrográfica 
(A).
Dr = N / A
 Densidade de drenagem – Correlaciona o comprimento 
total dos canais de escoamento (Lt) com a área da bacia 
hidrográfica (A) 
Dd = Lt / A
Tempo de viagem = 2 minutos Tempo de viagem = 15 minutos
Tempo de escoamento
15 minutos
Q
P
tempo
Chuva de curta duração
15 minutos
Q
P
tempo
Chuva de curta duração
• Tempo necessário para que a água precipitada no ponto
mais distante da bacia escoe até o ponto de controle,
exutório ou local de medição.
• Relação com:
▪ Comprimento da bacia (área da bacia)
▪ Forma da bacia
▪ Declividade da bacia
▪ Alterações antrópicas
▪ Vazão (para simplificar não se 
considera)
Tempo de concentração
• Fórmulas empíricas para tempo de concentração
tc = tempo de concentração em minutos
L = comprimento do talvegue (km)
h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m)
• Kirpich
385,0
3
h
L
57tc 






=
Tempo de concentração
Tempo de concentração
 Estimativa do tempo de concentração para bacias maiores;
 Equação de Watt e Chow, publicada em 1985 (DINGMAN, 2002)
 onde tc é o tempo de concentração em minutos; L é o comprimento do 
curso d’água principal em Km; e S é a declividade do rio curso d’água 
principal (adimensional).
 Esta equação foi desenvolvida com base em dados de bacias de até 5840 
Km2.
79,0
5,0
68,7 





=
S
L
tc
Efeito do tempo de concentração
 Mesma área, tempo de concentração diferente
Q
P
tempo
bacia com alto tempo de concentração
bacia com baixo tempo de concentração
Forma da bacia hidrográfica
 Avaliação qualitativa
 Avaliação quantitativa
 índice de compacidade
 índice de conformação ou fator de forma
São Francisco
Outras: 
Tietê; 
Paranapanema;
Tocantins.
Exemplos: Alongadas
Taquari Antas - RS
Rio Itajaí - SC
Exemplos: Circular
Efeito da forma da bacia
 Mesma área, forma diferente
Q
P
tempo
bacia alongada
bacia circular
▪ I alto: cheias mais rápidas
▪ I baixo: cheias mais lentas
2
LAI =
L
Índice de conformação 
ou fator de forma:
▪ Relação entre o perímetro
da bacia e o perímetro que a
bacia teria se fosse circular.
K = 0,28 P / A0.5
mede mais ou menos a mesma
coisa que o fator de forma
Índice de compacidade
Ordem do curso d’água principal
 Horton propôs, e Strahler 
modificou um critério para 
hierarquizar cursos d’água.
 Passou a ser conhecido como 
ordem do curso d’água
Ordem de Strahler
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
22
22
3
3
3
3
3
3
1
11
1
 Um curso d’água a partir da 
nascente é de ordem 1
 Quando dois cursos de ordem 1 
se encontram formam um 
curso de ordem 2
 Quando dois cursos de ordem 
2 se encontram formam um 
curso de ordem 3
 e assim por diante…
▪ Maior profundidade de raízes = água consumida pela
evapotranspiração pode ser retirada de maiores
profundidades do solo.
▪ Florestas: maior interceptação; maior profundidade
de raízes.
▪ Maior interceptação = escoamento demora mais a
ocorrer.
Cobertura Vegetal
▪ Substituição de florestas por 
lavoura/pastagens
▪ Urbanização: telhados, ruas, passeios, 
estacionamentos e até pátios de casas
▪ Modificação dos caminhos da água
• Aumento da velocidade do escoamento (leito 
natural rugoso x leito artificial com revestimento 
liso)
• Encurtamento das distâncias até a rede de 
drenagem (exemplo: telhado com calha)
Uso do solo
▪ Agricultura = compactação do solo
• Redução da quantidade de matéria orgânica no
solo
• Porosidade diminui
• Capacidade de infiltração diminui
• Raízes mais superficiais: Consumo de água das
plantas diminui
Uso do solo
Uso do solo e vegetação
Solo nú Solo vegetado
▪ Solos arenosos = menor escoamento superficial
▪ Solos argilosos = maior escoamento superficial 
▪ Solos rasos = maior escoamento superficial
▪ Solos profundos = menor escoamento superficial
Tipos de solos
Característicasfísicas da bacia
Tipo de solo:
Rochoso
Solo residual (maduro)
▪ Rochas do sub-solo afetam o comportamento da bacia
hidrográfica.
▪ Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes
quantidades de água (rochas sedimentares – arenito).
▪ Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam
pouca água, exceto quando são muito fraturadas.
▪ Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no
sub-solo onde a água é armazenada.
Geologia
▪ Vertentes:
▪ Rede de drenagem:
• Escoamento superficial difuso
• Não há canais definidos
• Escoamento sub-superficial e subterrâneo
• Escoamento superficial
• Canais bem definidos
Partes da Bacia
▪ Densidade da Rede
de Drenagem:
▪ Forma da Rede de
Drenagem:
• Controlada pela
Geologia e pelo Clima
• Controlada pela
Geologia
Rede de Drenagem
Forma da rede de Drenagem
Forma da rede de Drenagem
Forma da rede de Drenagem
Forma da rede de Drenagem
OBRIGADO POR SUA ATENÇÃO !
(83) 9 9104-6883 
hugo.ma@ufcg.edu.br
hugodabacia@yahoo.com.br
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